Нэмэлт полимержилтийн талаарх жишээ асуултууд
Полимержилт гэдэг нь ижил төстэй бүтэцтэй жижиг молекулууд болох мономерууд нэгдэж полимер гэж нэрлэгддэг том молекулуудыг үүсгэдэг үйл явц юм. Полимержилтийн хоёр үндсэн төрөл байдаг: нэмэлт полимержилт ба конденсацийн полимержилт. Энэ нийтлэлд эдгээр төрлүүдийн нэг болох нэмэлт полимержилтийг авч үзэх бөгөөд энэ ойлголтыг илүү гүнзгий ойлгохын тулд жишээ, хэлэлцүүлэгт анхаарлаа хандуулах болно.
Нэмэлт полимержилтийг ойлгох нь
Нэмэлт полимержилт гэдэг нь мономерууд ус эсвэл HCl зэрэг жижиг молекулуудыг алдалгүйгээр нэгдэх процесс юм. Нэмэлт полимержилтэд түгээмэл оролцдог мономерууд нь нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгч (C=C) давхар холбоотой алкен ба туйлширсан алкенүүд юм. Эдгээр мономерууд урвалд ороход давхар холбоо тасарч, мономерууд урт гинж болж нэгддэг.
Нэмэлт полимержилтээр гаргаж авсан полимерүүдийн жишээнд полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полистирол (PS), поливинилхлорид (PVC) орно. Эдгээр бүх полимерүүд нь бат бөх, тогтвортой, өргөн хүрээний хэрэглээнийхээ ачаар үйлдвэрлэл болон өдөр тутмын амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Нэмэлт полимержих механизм
Нэмэлт полимержих механизмыг гурван үндсэн үе шатанд хувааж болно.
1. Эхлэл: Урвалыг эхлүүлэхийн тулд чөлөөт радикалууд эсвэл ионууд үүсдэг үе шат.
2. Үржих: Мономерууд нэгдэж урт гинж үүсгэх үе шат.
3. Төгсгөл: Хоёр чөлөөт радикал гинж нийлснээр эсвэл чөлөөт радикалууд дарангуйлагчтай уулзсанаар урвал зогсдог үе шат.
Илүү тодорхой болгохын тулд нэмэлт полимержилтийн асуултуудын хэд хэдэн жишээг энд авч үзье.
Жишээ асуултууд болон хэлэлцүүлэг
Асуулт 1: Полиэтилений полимержилт
Асуулт: Этилен (C2H4)-ийг полиэтилен (PE) үүсгэхийн тулд нэмэлт полимержих процессыг тайлбарлаж, явагдах урвалын тэгшитгэлийг оруулна уу.
Хэлэлцүүлэг:
– Эхлэл:
Инициацийг катализатор эсвэл чөлөөт радикалууд ашиглан хийж болно. Бид чөлөөт радикалууд ашиглаж байна гэж үзье. Бензоил хэт исэл (C14H10O4) зэрэг радикал инициаторууд халаахад чөлөөт радикалуудыг ялгаруулж чаддаг.
\[
C14H10O4 \rightarrow 2C6H5COO^{\cdot}
\]
– Үржүүлэлт:
Эдгээр радикалууд нь этилен мономер дахь давхар холбоонд халдаж, дараагийн мономер руу үргэлжлүүлэн халдах боломжтой шинэ радикалуудыг үүсгэдэг.
\[
R^{\cdot} + CH2=CH2 \rightarrow R-CH2-CH2^{\cdot}
\]
Дараа нь гинжин хэлхээний төгсгөлд байгаа радикалууд нь этилен мономеруудыг үргэлжлүүлэн нэмснээр гинж уртсах болно.
\[
R-CH2-CH2^{\cdot} + nCH2=CH2 \rightarrow R-(CH2-CH2)_n^{\cdot}
\]
– Дуусгавар болгох:
Төгсгөл нь хоёр радикал гинжний нэгдэл эсвэл радикал ба дарангуйлагчийн хоорондох урвалаар үүсч болно.
\[
R-(CH2-CH2)_n^{\cdot} + R-(CH2-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow R-(CH2-CH2)_{n+m}-R
\]
Эцсийн үр дүн нь олон этилен мономер (\(n\) этилен)-ийг нэгтгэснээр үүссэн полимер болох полиэтилен (PE) юм.
Асуулт 2: Полистиролын полимержилт
Асуулт: Химийн үйлдвэр нь мономер стирол (C8H8)-аас полимер үйлдвэрлэхийг хүсч байна. Явж буй полимержих урвалыг тайлбарлаж, полистиролын бүтцийг бичнэ үү.
Хэлэлцүүлэг:
– Эхлэл:
Полиэтилентэй адил чөлөөт радикалууд нь урвалыг эхлүүлэхэд шаардлагатай байдаг. Бид хэт исэл радикалуудыг ашигласан гэж бодъё.
\[
ROOR \rightarrow 2RO^{\cdot}
\]
– Үржүүлэлт:
Чөлөөт радикалууд нь нүүрстөрөгч-нүүрстөрөгчийн давхар холбоо бүхий стирол мономеруудад халддаг.
\[
RO^{\cdot} + C6H5-CH=CH2 \rightarrow RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
Тархалтын үе шат нь эдгээр радикалуудыг бусад стирол мономерууд руу үргэлжлүүлэн довтлоход хүргэнэ.
\[
RO-C6H5-CH^{\cdot}-CH3 + n(C6H5-CH=CH2) \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_n-C6H5-CH^{\cdot}-CH3
\]
– Дуусгавар болгох:
Хоёр радикал полимер гинж уулзах үед төгсгөл үүсдэг.
\[
RO-(C6H5-CH-CH2)_n^{\cdot} + RO-(C6H5-CH-CH2)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(C6H5-CH-CH2)_{n+m}-RO
\]
Үүссэн полистирол (PS) бүтэц нь давтагдсан стирол мономер нэгжүүдээс бүрдэх урт гинж юм.
Асуулт 3: Поливинил хлорид (PVC)-ийн полимержилт
Асуулт: Винил хлоридын мономер (C2H3Cl)-ийн нэмэлт полимержилтийг тайлбарлаж, поливинил хлоридын (PVC) хэрэглээний жишээг өгнө үү.
Хэлэлцүүлэг:
– Эхлэл:
Өмнөх жишээтэй адил чөлөөт радикалууд нь хэт ислээс үүсдэг.
\[
ROOR \rightarrow 2R-O^{\cdot}
\]
– Үржүүлэлт:
Чөлөөт радикалууд нь винил хлоридын мономерууд дахь давхар холбоонд халддаг.
\[
RO^{\cdot} + CH2=CHCl \rightarrow RO-CH2-CHCl^{\cdot}
\]
Мономер нэгжүүд гинжийг сунгахын тулд нэгдэж тархалт үргэлжилсээр байна.
\[
RO-CH2-CHCl^{\cdot} + nCH2=CHCl \баруун сум RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot}
\]
– Дуусгавар болгох:
Хоёр радикал гинж нэгдэх үед төгсгөл үүсдэг.
\[
RO-(CH2-CHCl)_n^{\cdot} + RO-(CH2-CHCl)_m^{\cdot} \rightarrow RO-(CH2-CHCl)_{n+m}-RO
\]
Поливинил хлорид (PVC) нь усны хоолой, цахилгаан кабель болон бусад янз бүрийн хуванцар бүтээгдэхүүн зэрэг янз бүрийн хэрэглээнд үйлдвэрлэгдэж, ашиглагддаг полимер юм.
Дүгнэлт
Нэмэлт полимержилт нь жижиг молекулууд ялгарахгүйгээр мономеруудын нэгдлийг хамарсан чухал химийн процесс юм. Полиэтилен, полистирол, PVC-д ажиглагддаг нэмэлт полимержилтийн механизм, урвалыг ойлгох нь бидэнд энэхүү мэдлэгийг үйлдвэрлэл болон өдөр тутмын амьдралд сурч, хэрэгжүүлэхэд тусалдаг. Эдгээр жишээ, хэлэлцүүлгээр дамжуулан бид нэмэлт полимержилтээс үүдэлтэй үйл явц, бүтээгдэхүүн, түүнчлэн технологи болон орчин үеийн амьдралд нөлөөлдөг практик хэрэглээний талаар илүү гүнзгий ойлголттой болж чадна.
